Đánh giá và đề xuất mô hình hệ thống Sonar phát hiện người nhái

Bài viết này sẽ đánh giá những hướng nghiên cứu và các hệ thống hiện hành có sử dụng các phương tiện thủy âm cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất hệ thống. Những dữ liệu được công bố trước đây về cường độ tín hiệu mục tiêu cũng được thảo luận và lý giải khi xem xét tín hiệu âm thanh phát ra từ thân người nhái cũng như các bong bóng khí do hít thở.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá và đề xuất mô hình hệ thống Sonar phát hiện người nhái Thông tin khoa học công nghệ ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH HỆ THỐNG SONAR PHÁT HIỆN NGƯỜI NHÁI Phan Huy Anh*1, Trần Ngọc Lâm1, Bùi Xuân Minh1, Phạm Quốc Hùng2 Tóm tắt: Kỹ thuật phát hiện người nhái đang được giới nghiên cứu quan tâm do lo ngại về nguy cơ ngày càng tăng của những cuộc tấn công xâm nhập nhằm vào tàu và cảng biển. Bài viết này sẽ đánh giá những hướng nghiên cứu và các hệ thống hiện hành có sử dụng các phương tiện thủy âm cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất hệ thống. Những dữ liệu được công bố trước đây về cường độ tín hiệu mục tiêu cũng được thảo luận và lý giải khi xem xét tín hiệu âm thanh phát ra từ thân người nhái cũng như các bong bóng khí do hít thở. Các tác giả cũng đề xuất một mô hình hệ thống phát hiện người nhái phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh nước ta. Từ khóa: Phát hiện người nhái, Sonar, Phát hiện bằng thủy âm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trước hết, các công nghệ và kỹ thuật phát hiện người nhái bằng tín hiệu thủy âm được chia thành hai loại: phát hiện người nhái bằng sonar chủ động và phát hiện thông qua sonar thụ động [1]. Mặc dù các bộ thu phát sóng âm là thành phần chính của hệ thống nhưng việc tính toán xử lý, nhận dạng mục tiêu cũng cực kỳ quan trọng. Quá trình này ngoài phân tích các tín hiệu do hydrophone gửi về thì còn phải kết hợp phân tích với các tín hiệu khác như điều kiện môi trường biển, cảm biến điện từ trường, camera quan sát… Các tín hiệu này có thể thu được từ các cảm biến kèm theo trong hệ thống [2]. Với sự tích hợp cao độ như vậy, hệ thống mới có thể hoạt động hiệu quả nhằm phát hiện mục tiêu trong thời gian thực, tránh các báo động giả đồng thời theo dõi mục tiêu một cách liên tục để có các cảnh báo kịp thời cho cơ cấp chế áp. Trong bài báo này, chúng tôi trước hết liệt kê và đánh giá các công nghệ đang được sử dụng phổ biến ứng dụng trong lĩnh vực phát hiện người nhái. Tiếp đó bài báo sẽ tiến hành phân tích một số loại hình tín hiệu sóng âm phát ra từ người nhái mà có thể tạo thành đặc trưng riêng hỗ trợ cho quá trình phát hiện. Đồng thời, chúng tôi sẽ đề xuất một mô hình đơn giản phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh của nước ta, đặc biệt nhấn mạnh vào vấn đề chi phí. Cuối cùng kết luận sẽ tóm lược lại các vấn đề đã đặt ra và đề xuất các hướng nghiên cứu cụ thể tiếp theo. 2. KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG THỦY ÂM PHÁT HIỆN NGƯỜI NHÁI Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 10 - 2015 257  Kỹ thuật điện tử 2.1. Các hệ thống phát hiện người nhái bằng sonar thụ động Hình 1 mô tả cách bố trí thử nghiệm và đặc trưng tín hiệu thu được do phòng Thí nghiệm Hải quân Mỹ (NVL) thực hiện vào năm 2002. Các cảm biến hydrophone sợi quang được đặt dưới đáy vịnh, cách mặt nước 12 m để dò tìm một cách thụ động mục tiêu người nhái có sử dụng thiết bị lặn khép kín (không phát ra bóng khí) [3]. khi người nhái tiến vào ở khoảng cách 24m và mức tín hiệu tăng dần lên khi tiếp cận gần các cảm biến này hay di chuyển ngay phía trên các cảm biến. Việc sử dụng dãy cảm biến đa kênh và kỹ thuật xử lý dãy cảm biến sẽ nâng cao phạm vi phát hiện cũng như thông tin định hướng. Các sản phẩm thương mại sử dụng kỹ thuật Sonar thụ động có thể kể đến bao gồm sản phẩm Centurion của Northrop Grumman, Sea Sentry của công ty DRS Technologies chuyên phát hiện các mục tiêu xâm nhập vào các khu vực ven biển. Hình 1. (a) Người nhái và cảm biến thụ động lắp đặt dưới đáy nước. (b) Đặc trưng tín hiệu âm thanh phát ra từ người nhái khi mục tiêu tiếp cận cảm biến [3]. 2.2. Các hệ thống phát hiện người nhái bằng sonar chủ động Các nghiên cứu hiệu suất hoạt động của sonar cũng đã được tiến hành để khảo sát khả năng phát hiện người nhái của các thiết bị thủy âm gắn trên bệ chống ngầm ASW hoặc sonar phát hiện thủy lôi [5]. Tuy nhiên, đa số các hệ thống sonar phát hiện người nhái là các hệ thống chủ động với tần số cao. Chúng tôi chỉ liệt kê vắn tắt một vài thí dụ để minh họa dựa trên tần số hoạt động và các đặc trưng hệ thống. Hệ thống sonar của dsIT và ARSTECH hoạt động ở tần số 60 kHz [6] gồm các dãy sonar xếp thẳng đứng và dãy thu xếp ngang với tín hiệu phát ra là các xung CW và FM. Hệ thống có thể phát hiện người nhái sử dụng máy thở hạng hở (open- loop) ở khoảng cách lên tới 1200m. Hệ thống Cerberus của công ty QinetiQ hoạt động ở tần số 100 kHz với băng thông rộng 20 kHz sử dụng kỹ thuật xử lý nén tín hiệu nhằm tăng độ phân giải cự ly và giảm thiểu tín hiệu dội lại [7]. Hệ thống này sử dụng các búp sóng ngang và dọc để tăng tính định hướng và độ phủ. Cự ly phát hiện lên tới 800m. Hệ thống sonar ba chiều gắn thân tàu Petrel của Thales Underwater Systems (TUS) được thiết kế để phát hiện phòng tránh thủy lôi và chướng ngại vật đồng thời có thể phát hiện người nhái. Hệ thống Sea Guardian cũng của TUS hoạt động 258 P.H.Anh, T.N.Lâm, B.X.Minh, “Đánh giá và đề xuất mô hình … phát hiện người nhái.” Thông tin khoa học công nghệ ở tần số 100 kHz sử dụng kỹ thuật gương âm thanh để tạo búp sóng với cự ly phát hiện khoảng 500m [4]. Ngoài ra, còn có các hệ thống tương tự với cự ly hoạt động và giá thành khác nhau. Các hệ thống được liệt kê tại đây chỉ là một phần rất nhỏ của các hệ thống phát hiện người nhái thương mại trên thế giới. Với công nghệ xử lý dữ liệu hiện nay thì hình ảnh hiển thị đã đạt độ phân giải rất cao, thậm chí có thể mô tả cử động của người nhái và thiết bị lặn nhằm giúp người vận hành giám sát đưa ra quyết định chính xác về đối tượng xâm nhập. 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất hệ thống Các thử nghiệm trên biển cho thấy các tham số chính làm hạn chế hiệu suất ...